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Diga

Definizione – Etimologia

Dal germanico o olandese antico dike (argine, terrapieno), è uno sbarramento permanente su un corso d’acqua naturale che serve a formare un lago artificiale. A seconda dei materiali impiegati per la sua costruzione, la diga può essere di calcestruzzo (o muratura), in terra, di pietrame o di materiale misto.

Generalità

Gli sbarramenti in calcestruzzo possono essere del tipo a gravità (anche alleggeriti), ad arco o di tipologie miste (arco-gravità, volte multiple ecc.). Le dighe ad arco sono di solito adottate quando il corso d’acqua da sbarrare sia localizzato in una valle stretta e le sue sponde devono essere di roccia particolarmente compatta. Il funzionamento strutturale di queste opere è del tutto analogo a quello degli archi utilizzati anche nelle costruzioni ordinarie: gli sforzi dovuti alla spinta idrostatica dell’acqua, all’azione termica e al ritiro del calcestruzzo sono scaricati sulle sponde della vallata.
Quando la sezione di imposta della diga è costituita da roccia fratturata, ovvero è troppo ampia per poter ospitare una diga ad arco, si opta per una diga a gravità realizzata in calcestruzzo non armato. In questo tipo di opere il contrasto all’azione spingente della massa d’acqua è offerto dal peso proprio della struttura. Le altre forze agenti che bisogna considerare nel dimensionamento di queste opere sono le sottospinte, le azioni sismiche, e l’azione della spinta del ghiaccio. Le dighe a gravità sono caratterizzate da una sezione tipo molto semplice di forma prossima a un triangolo il cui il paramento di monte è verticale o debolmente inclinato, mentre quello di valle ha una pendenza più ridotta, in modo da ricavare una larghezza della base compresa fra 0.7 e 1.0 volte la massima altezza d’acqua invasabile nel serbatoio di monte. Le dighe a gravità alleggerite rappresentano una versione modificata delle dighe a gravità massicce: l’idea alla base di questo tipo di opere è quella di ridurre la quantità di materiale nella zona centrale della sezione, dove gli sforzi risultano maggiormente ridotti. Se i singoli conci costituiscono degli speroni isolati, questi hanno una forma a rotaia, oppure a doppio T; se invece sono fra loro collegati allora sono cavi all’interno e costituiscono degli elementi scatolari. Il vantaggio rispetto alle classiche dighe a gravità massicce è di tipo prettamente economico, potendo ridurre fino al 30% la quantità di calcestruzzo impiegato nella costruzione.
La scelta del tipo di diga dipende essenzialmente dalla forma e dalla geologia della stretta del fiume oltre che dai materiali da costruzione disponibili nelle vicinanze. Quando i terreni sono inadatti a sopportare la spinta di opere in calcestruzzo, ovvero quando risulta impossibile o molto dispendioso realizzare l’approvvigionamento dei materiali da costruzione, si opta per la realizzazione di dighe in pietrame alla rinfusa oppure di dighe in terra.

La tipologia più semplice di diga in terra è quella realizzata con materiale omogeneo, tuttavia questa tipologia è sovente sostituita da quella del tipo a nucleo centrale al fine di evitare l’intersezione fra la linea di filtrazione ed il paramento di valle del corpo diga. Quando non sia possibile realizzare un nucleo centrale in materiale sufficientemente impermeabile, dovendo optare per una diga in materiale omogeneo, si realizza un dreno in materiale più permeabile al piede del paramento di valle per intercettare la linea di filtrazione e per impedire che si verifichi il ruscellamento superficiale sul paramento stesso.
Le dighe in terra sono quasi sempre fondate su materiale permeabile, pertanto è necessario anche studiare il deflusso filtrante al di sotto dell’opera per evitare che si verifichi l’asportazione continua del materiale di fondazione (sifonamento) ovvero che non si formino risorgive a valle dell’opera (fontanazzi). Il mezzo più utilizzato per evitare l’innescarsi di questo tipo di fenomeni è la realizzazione di un diaframma, in calcestruzzo, in pali trivellati o in palancole infisse, che raggiunga gli strati impermeabili sottostanti. Qualora questo provvedimento non sia adottabile, poiché gli strati impermeabili sono troppo profondi o non esistono, ci si accontenta di allungare i percorsi di filtrazione mediante la realizzazione di diaframmature verticali ovvero, per mezzo di una coperta impermeabile in calcestruzzo che ricopra il paramento di monte e anche una parte del fondo del lago.
Le opere di presa di una diga servono per derivare la portata dal lago artificiale a monte dell’invaso. Sono costituite da un condotto in pressione con opportuni organi di chiusura che può attraversare il corpo diga, se è in calcestruzzo, o che deve essere posizionato fuori dal manufatto di sbarramento se questo è costituito da materiale incoerente. Gli strumenti meccanici che regolano l’apertura delle opere di presa devono essere realizzati con particolari accorgimenti poiché devono funzionare sotto l’azione di pressioni molto ingenti; per questo motivo di solito il sistema di regolazione è costituito da doppie paratoie ovvero da doppie valvole a farfalla.
Un ulteriore accorgimento finalizzato a garantire il funzionamento del sistema di regolazione è quello di realizzare un bypass consistente in una derivazione secondaria di piccola sezione che si apra prima della paratoria principale equilibrando le pressioni a monte e a valle della paratoia stessa.
Le opere di presa sono presidiate da griglie che evitano l’ingresso di corpi estranei nelle condotte. Le griglie e le paratoie possono essere posizionate sul paramento di monte del corpo diga, ovvero in un pozzo di manovra localizzato all’interno del manufatto di sbarramento.
Oltre alle opere di presa, che devono garantire il funzionamento ordinario dello sbarramento, tutte le dighe sono dotate degli scaricatori di superficie. Questi manufatti devono garantire la possibilità di evacuare piene anche eccezionali senza che si verifichino danni allo sbarramento e sono calcolati sulla base di eventi di piena con probabilità di accadimento molto ridotta. Gli sfioratori di superficie, se posizionati sul corpo diga, possono essere di tre tipi: liberi, presidiati da paratoie oppure a sifone autolivellatore. Gli ultimi due tipi venivano utilizzati in passato mentre oggi si adottano quasi unicamente quelli liberi poiché non soggetti ad intasamento.
Gli sfioratori liberi devono essere sagomati secondo un opportuno profilo detto Creager-Scimemi che ha lo scopo di garantire l’aderenza della lama fluente al paramento di valle in modo da evitare la formazione di depressioni e susseguente cavitazione. Se invece gli sfioratori sono separati dallo sbarramento, possono essere a scivolo, oppure a scale di stramazzi. Nel caso ci siano problemi di spazio è possibile realizzare sfioratori di superficie costituiti da stramazzi che scaricano in un pozzo centrale, detti sfioratori a calice.

Bibliografia

Arredi F., Costruzioni e Impianti idraulici, Milano, 1947; Evangelisti G., Impianti Idroelettrici, Bologna, 1982; Vischer D.L., Hager W.H., Dam Hydraulics, Chichester (UK), 1998.

 

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